现代循环农业节水节肥项目工程设计方案研究

徐 磊，刘庆岭

(1.北京本农科技发展有限公司，北京 100000；2.天津大学 环境科学与工程学院，天津 300072)

1 引言

隆化县武烈河流域七家茅荆坝片区，位汇三水，地控五川，是北京至内蒙、围场坝上陆路重要通道，地理位置优势明显。项目区内通讯设施齐备，通讯状况良好，无线通讯在项目区的大范围内均能正常进行。项目区内交通方便，公路四通八达，项目区内各行政村及自然村均通县级公路或乡村公路。项目区总面积116.41万亩，其中林业用地面积93.2万亩，占总面积的80.1%。林业用地中：有林地56.1万亩，疏林地0.35万亩，灌木林地5.9万亩，宜林地5.8万亩。森林覆盖率48.2%(图1)。项目区产值结构以农业为主，旅游及养殖业为辅，种植业主要品种有玉米、谷子、高粱、豆类，养殖业主要品种有猪、牛、羊、鸡。通过现代循环农业节水节肥工程，可改善当地大气、水质、土壤和农产品质量，生产出一系列绿色有机安全食品，形成当地高效技术产业强势，带动一方产业发展，促进农民增收。

2 隆化县武烈河流域七家茅荆坝片区农田问题分析

2.1 存在不良的质地构型

隆化县的川地土壤中，有11013 hm2土体中存在砂砾层，占耕地总面积的19.55%。砂砾层由粗砂、砾石或卵石组成，厚度多大于30 cm，根据出现部位，分为体(20～50 cm)砂砾和底(50～100 cm)砂砾2种。其中底砂砾 面积7115 hm2，体砂砾面积3898 hm2。砂砾层严重漏水漏肥，影响作物根系发育，且难以改造，是当地土壤的主要障碍因素。

2.2 灌溉水平较低

隆化县水田面积9438 hm2，分布与各大河流沿岸，占总耕地面积的14.71%，与承德市其他县区比较，水田比例是最高的。全县水浇地面积2056 hm2，仅占3.51%，主要分布于伊逊河、滦河、茅沟河流域。旱地面积44838 hm2，占总耕地面积的79.6%。

2.3 土壤养分不均衡

根据有关文献研究结果，隆化县土壤有机质平均18.22 g/kg，全氮0.917 mg/kg，有效磷20.83 mg/kg，速效钾156 mg/kg。

土壤有机质的平均含量，在全国占中等偏低水平，县域内西南部较高，中部较低。不同土壤类型也有较明显差异：从高到低依次为草甸土、潮土、棕壤、褐土。由土壤有机质含量分级分析的相关研究表明，中/低含量的四级/五级占全部耕地的67.32%。

土壤中的全氮为有机氮和无机氮之和，隆化县土壤全氮的平均含量为0.917 g/kg，在全国占偏低水平，县域内其含量的区域性差异和不同土壤类型间的差异，与有机质相近。相关研究表明，含量1.0～0.75 g/kg的土壤占总面积的近90%。

土壤有效磷的平均含量20.83 mg/kg，在全国占中等水平，但变异系数较大。县域内伊逊河、伊马吐河川含量较低，茅沟河川含量较高。不同土壤类型也有较明显差异，从高到低依次为棕壤—褐土—草甸土和潮土—新积土。不同成土母质土壤有效磷含量：洪、冲积母质大于黄土母质和残坡积母质土壤。由土壤有效磷含量分级分析的相关研究表明，中/ 高含量的一级至三级占全部耕地的77.95%。

3 现代循环农业节水节肥项目工程设计方案

以一二三产业融合发展的理念谋划节水节肥循环农业示范区，坚持因地制宜、注重功能、灵活多样的建设原则，采取政府主导、企业引领、合作社带动等多种建设路径，以草莓、中草药等产业为主导，按照“核心区+基地”“龙头企业+特色产业带”等发展模式，加大统筹力度，实施农民新社区和现代农业园区两区联动发展。一是组建节水节肥循环农业示范区管理委员会；二是成立示范区农业专家咨询委员会；三是成立示范区科技创新团队；四是壮大农民专业合作社。采取引进一个企业，发展一片产业，打造一个休闲农业观光园，带动一方产业发展，促进农民增收[1～5]。

图1 隆化县武烈河流域七家茅荆坝片区平面

3.1 农业温室工程设计

钢架冷棚设计：采用热镀镀锌管钢架组装式结构，主桁架间距在0.8～1.2 m左右，跨度一般在6～12 m之间，高度在3.5 m左右，建造安装方便。棚内由于无立柱支撑，大大提高了棚内采光效果，利于机 械化操作，提高了土地的利用率。

3.2 水肥一体化工程措施设计

滴灌栽培水肥一体化技术是借助压力灌溉系统，将可溶性因体肥料或液体肥料配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水，使水肥相溶后的灌溉水形成滴状，均匀、定时、定量浸润作物根系发育区域[6]，使主要根系区土壤始终保持疏松和适宜含水状态，同时，根据不同作物的需肥特点，土壤环境状况，不同生长期需水情况进行全生育期需求设计，把水分和养分定量、定时、按比例直接提供给作物。该技术由水源，首部枢纽，输配水管道、灌水器四部分组成。

3.3 美丽乡村污水治理工程设计

生活污水治理方式：因村庄内居住分散，有的农户距离污水管网距离较远且道路均已硬化不宜采取长距离铺设污水管网收集，集约化处理模式；结合村庄实际情况，处理工艺拟采用分散式污水处理设施。其工艺选用分散式一体化污水处理工艺。

本项目进水为农户生活污水，污水处理难度较低，参考同类生活污水水质情况，设计本项目进水水质指标见表1。

表1 项目水质指标

3.3.1 设计出水水质

设计出水水质达到《农村生活污水排放标准》(DB13/2171-2015)中的一级B排放标准，部分排放参数见表2。

表2 出水水质部分排放参数

3.3.2 工艺流程说明

用户的生活污水首先通过收集槽，拦截浮渣及颗粒杂物后，通过下水管道进入一体化污水处理器，在其中进行生化反应。罐体巧妙设置使污水在其中实现水体混合的方式，同时生化填料合理布置，也为微生物创建厌氧、缺氧、好氧的环境，污水中的大部分的有机物在此阶段得以去除。经该处理器处理后，污水达标排放。

3.3.3 分散式一体化设备

分散式一体化装置是一种多级A/O活性污泥工艺与生物膜处理的组合工艺，采用泥膜共生污水处理工艺技术，并设有生物消解床，有机物去除效率高；本装置在保有生物膜处理全部优点的同时结合智能控制装置的应用，降低污水处理运行成本，并且根据专有技术设计该装置投资建设费用低、占地面积小、安装简单、操作易行。设备优点如下： ① 有机物去除效率高； ② 采取完全地下式安装，可保证冬季正常运行，地上绿化种植，美化周边环境； ③ 可实现自动运行，智能控制，减少人为操作，自动化程度高； ④ 节约占地，一体化设计，所有的处理单元集中在一起，安装方便快捷，无需敷设污水收集管网； ⑤出水水质达到《农村生活污水排放标准》(DB13/2171-2015)中的一级B排放标准。

3.3.4 主要构筑物及设备

根据隆化县茅荆坝镇本次设计的7个村内居民的住户特点，为减少村内污水投资，增大污水处理量，对设计的各村采用分散式污水处理设备，污水处理设备及污泥固定床相结合的生物膜处理工艺的生化反应段，出水稳定达到《农村生活污水排放标准》(DB13/2171-2015)中的一级B排放标准。

分散式一体化污水处理设施(单户型)， 单套一体化装置参数如下。 工艺尺寸：Φ1.4×2.0 m； 数 量： 1座； 材 质： 玻璃钢。 填料数量：1批。 配套管路、阀门数量： 1批。

分散式一体化污水处理设施(多户型)， 单套一体化装置参数如下。 工艺尺寸：Φ1.5×2.3 m； 数 量： 1座； 材 质： 玻璃钢。填料数量： 1批。 配套管路、阀门数量：1批。

3.3.5 污水处理设施的电气设计

(1)电气控制设计说明。 总体要求电气控制系统的设计须坚持先进性、可靠性和适用性，从而保证污水处理质量，确保安全生产，提高环境效益和社会效益。处理站采用(全/半)自动控制及人工操作2种控制方式。

(2)主要控制点。 污水处理站的主要控制点及控制目标为提升泵、增氧泵设备的启停和运行状态。

(3)自控设计。 现场控制站主要由时间控制器、控制器箱及箱内附属设备组成。 现场控制分为手/自动控制两种模式，当系统正常运行后，置于“自动”时，设备根据系统设置好的程序运行，直至人工干预为止。

(4)主要用电设备电气负荷见表3。

表3 满负荷运行电气负荷

4 工程实施的保障措施

4.1 管理机构设置

为保障隆化县山水林田湖重点建设工程有序开展，由隆化县政府牵头，成立建设领导小组，组长由分管副县长担任，成员单位包括县水务局、农牧局、林业局、发改局、财政局等及项目区乡镇，领导小组下设办公室，具体负责该项目的组织协调和调度。成立隆化县山水林田湖工程建设处，作为项目法人，全面负责该项目的建设与管理[6～8]。

4.2 管理措施

为确保工程质量，整个项目建设过程实行项目法人制、工程合同管理制、项目公示制、投劳承诺制、工程建设监理制、资金报账制、工程管护责任制、招标投标管理制，明确责任范围，承担相应职责。项目建设单位委托专业工程监理单位对项目的进度、质量、投资实施全程监理，建设单位在施工季节派驻技术人员与监理人员一道，加强技术指导与监督检查工作。

(1)项目法人制。 成立隆化县上水林田湖工程建设处，作为项目法人，负责督促、检查、落实好项目建设的各项工作。在项目实施过程中，明确管理职责，实行领导目标责任制；奖惩严格分明，提高工程质量，保证治理进度[9]。

(2)招标投标制。 项目招标活动遵循公开、公平、公正和诚实信用的原则[10]，按照上级部门对项目招标核准文件的要求进行公开招标，确定专业施工队伍进行施工，确保工程进度、质量。

(3)合同制。 项目法人委托专业设计单位和监理单位进行工程设计与监理，签订委托合同；通过公开招标形式择优选择专业施工队伍，签订施工合同，在工程施工过程中严格实行合同管理，保证实施进度和工程质量。

(4)项目公示制。 由工程建设单位和项目区所在地乡镇政府联合向当地群众进行施工前公示和竣工自验后公示，体现客观、真实、公开的原则，接受群众和社会监督，对群众反映的问题进行认真调查核实，提出处理意见，并向工程所在地群众公告。

(5)工程建设监理制。 对项目实行工程建设监理制，隆化县山水林田湖工程建设处委托具有相应资质的监理单位，由监理单位依据国家有关工程建设的法律、法规，经主管部门批准的工程项目建设文件、委托合同及其他工程建设合同，对工程建设实施专业化监督管理。监理单位要做好四控(工程进度控制、工程质量控制、工程投资控制、工程安全生产控制)、两管(合同管理、信息管理)、一协调(全面地组织甲、乙及三方的协调)工作。

(6)资金报账制。 项目严格实行资金报账制度，所有资金报账必须由施工单位提出书面申请，经监理工程师签证，由项目和财务管理人员对报账原始资料进行审核[11]，总监理工程师签字后才能支付。

在资金管理上，严格实行专人、专账、专户封闭运行制度，认真执行财务管理各项规定，切实规范报账程序，及时进行竣工结算，将资金兑付到位，确保规范管理和资金安全。

4.3 技术培训措施

技术支持是项目建设内容的有机组成部分，对项目的成功实施和达到预期目标起着重要的保障作用。在项目实施过程中，根据实际需要，适时组织各类人员进行考察学习和技术培训，为项目培训相应的专业技术人才、管理人才、技术骨干和学科带头人，学习引进知名单位的先进管理经验[12～16]。

5 结论与讨论

良好的现代循环农业节水节肥项目工程设计方案应是基于自然的解决方案，综合运用科学、法律、政策、经济和公众参与等手段，统筹整合项目和资金，采取工程、技术、生物等多种措施，对自然生态要素进行保护和修复，实现国土空间格局优化，提高社会-经济-自然复合生态系统弹性，全面提升国家和区域生态安全屏障质量、促进生态系统良性循环和永续利用。